Учен от Университета в Орегон води ново изследване, насочено към откриването на ролята на праха в поддържането на световните океански екосистеми и контролирането на нивата на атмосферния въглероден диоксид.
Изследователите отдавна са осъзнали, че фитопланктонът, представляващ растителноподобни организми, населяващи горната част на океана и служещи като основа на морската хранителна верига, зависят от праха от земни източници за необходимите хранителни вещества. Въпреки това, глобалното количествено определяне на обхвата и значението на влиянието на този прах – частици от източници като например почвата ни, които се носят от вятъра и влияят на климата на Земята – се оказа предизвикателство.
„Това наистина е първият път, когато се показва, използвайки съвременните наблюдения на глобално ниво, че хранителните вещества, носени от праха и отлагани в океана, създават реакция в биологията на повърхностния слой на океана,“ казва Тоби Уестбъри, океанограф в Орегонския държавен университет и главен автор на току-що публикуваната статия в научното списание Science.
Океанът играе важна роля във въглеродния цикъл; въглеродният диоксид от атмосферата се разтваря в повърхностните води, където фитопланктонът превръща въглеродния диоксид в органични вещества чрез фотосинтеза. Част от новообразуваните органични вещества потъват от повърхностния океан в дълбоките морски депа, където се съхраняват, а пътят, който минават е известен като биологична помпа.
В новата статия, Уестбъри и други учени от Орегонския държавен университет, Университета в Мериленд, Балтимор Каунти и Космическия център на NASA оценяват, че отлагането на прах поддържа 4,5% от глобалната годишна продукция на въглерод, или устройство за съхранение на въглерод. Те установяват, че в зависимост от региона този процент може да варира, като на места делът е значително по-голям, достигайки 20% до 40%.
„Проучването е важно, защото разглежда пътят, по който въглеродът се измества от атмосферата и се потапя в дълбокия океан,“ казва Уестбъри. „Биологичната помпа е един от ключовите механизми за контрол на въглеродния диоксид в атмосферата, който е доминиращ фактор, предизвикващ глобално затопляне и изменение на климата.“
В океана важните хранителни вещества за растежа на фитопланктон се предоставят главно чрез физическото движение на тези вещества от дълбоките води към повърхността, процес, известен като смесване или издигане. Някои хранителни вещества също се доставят чрез атмосферния прах.
До момента разбирането за реакцията на естествените морски екосистеми на атмосферните влияния е било ограничено до единични големи събития, като горски пожари, вулканични изригвания и екстремни прахови бури. Пример за това са предишни изследвания от Уестбъри и други учени, които наблюдаваха реакциите на екосистемите след изригването през 2008 г. на вулкан на остров Касатоши в югозападна Аляска.
В новата статия Уестбъри и Майкъл Беренфелд, професор от Орегонския университет в Департамента по ботаника и растителни болести, заедно с учени от УМБК и NASA, разшириха своите изследвания, за да проучат реакцията на фитопланктоните по света.
Уестбъри и Беренфелд насочиха усилията си към използването на данни от спътникови снимки, за да проучат промените в цвета на океана след вливане на прах. Снимките на цвета на океана се събират всеки ден по целия свят и отразяват промените в популацията на фитопланктоните и тяхното общо здраве. Например, по-зелената вода обикновено съответства на обилни и здрави популации на фитопланктон, докато по-синята вода представлява региони, където фитопланктонът е рядък и често е недостатъчно подхранван.
Учените от УМБК и NASA насочиха усилията си към моделиране на транспортирането и попадането на прах върху повърхността на океана.
„Определянето на количеството прах, което попада в океана, е трудно, защото голяма част от процеса се случва по време на дъждовни бури, когато спътниците не могат да заснемат праха. Затова се опитахме да изработим модел“, каза Лорейн Ремър от УМБК, професор по изследвания в Центъра за технологии и научни изследвания на Годард за Земните науки II, консорциум, който е воден от УМБК. Екипът от УМБК използва наблюдения, за да потвърди мащабен модел на NASA, преди да включи резултатите му в изследването.
Работейки заедно, изследователският екип откри, че реакцията на фитопланктоните на попадането на прах варира в зависимост от местоположението.
В по-долните слоеве на окена, последствията от попадането на прах се виждат главно като подобрение на здравето на фитопланктоните, но не и в обилното им наличие. В сравнение с това, фитопланктонът в по-горните ширини на водата често показва подобрено здраве и увеличено наличие, когато се осигурява прах. Това противопоставяне отразява различните биологични връзки между фитопланктоните и животните, които се хранят с тях.“
В по-дълбоките места на океанската среда стабилността е по-голяма, като се постига баланс между растежа на фитопланктоните и хищничеството. Поради това, когато прахът подобрява здравето на фитопланктоните или техния темп на растеж, тази нова продукция бързо се консумира и практически веднага се прехвърля по веригата на храненето.
На по-високи места връзката между фитопланктоните и хищниците им е по-слаба поради постоянно променящите се условия на околната среда. Съответно, когато прахът стимулира растежа на фитопланктоните, хищниците изостават, а популациите на фитопланктони проявяват подобрено здраве и увеличена плътност.
Изследователският екип продължава работата по това изследване, включвайки подобрени моделиращи инструменти и подготвяйки се за по-подробни данни от спътника на NASA „Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem“ (PACE), част от които ще бъдат събрани с помощта на инструмента HARP2, разработен и построен от UMBC.
„Текущият анализ показва измерими биологични реакции на океаните при голям динамичен обхват на атмосферни влияния“, казва Уестбъри. „Очакваме, че във времето, поради затоплянето на планетата, тази връзка между атмосферата и океаните ще се промени.“
Референция: „Atmospheric nourishment of global ocean ecosystems“ от Т. К. Уестбъри, М. Дж. Беренфелд, Й. Р. Ши, Х. Ю, Л. А. Ремър и Х. Биан, 4 май 2023 г., Science. DOI: 10.1126/science.abq5252
